Подъем воды - СШ №1 г.Лиды

Управление образования Лидского райисполкома
Подъем воды
Выполнили:
Торчилов Павел Робертович (11’А),
Гулев Михаил Александрович (11’А)
Научный руководитель:
Матюк
Анатолий
Эдуардович,
учитель физики СШ №1 г. Лиды
2009 год
Оглавление
Введение .......................................................................................................... 2
Основная часть ................................................................................................ 3
Хлопчатобумажное полотно. ..................................................................... 3
Хлопчатобумажный сатин. ......................................................................... 4
Хлопчатобумажный джинс......................................................................... 5
Шерстяной трикотаж................................................................................... 6
Льняное полотно. ......................................................................................... 7
Натуральный шелк крепдешин. ................................................................. 7
Искусственный шелк вискоза. ................................................................... 8
Искусственный штапель. ............................................................................ 9
Синтетический креп-атлас. ....................................................................... 10
Синтетический трикотин. ......................................................................... 10
Кашемир ..................................................................................................... 11
Шерсть с лавсаном .................................................................................... 11
Заключение .................................................................................................... 12
Литература ..................................................................................................... 14
Приложение ................................................................................................... 16
Введение
Если край сухой ткани опустить в воду, то вода начинает
подниматься вверх по ткани. Это происходит за счет капиллярных
явлений.
Капиллярными явлениями называют
подъем или опускание жидкости в трубках
малого
диаметра
–
капиллярах.
Смачивающие жидкости поднимаются по
капиллярам, несмачивающие – опускаются.
Вода смачивает ткань, поэтому она
поднимается вверх по ткани, преодолевая силу тяжести.
Впитывание и перемещение влаги в текстильных материалах
происходит по продольным порам, имеющимся в нитях и пряже.
2
Подъем воды между отдельными нитями не происходит, так как нити в
силу переплетения не образуют между собой непрерывного капилляра.
Сила поверхностного натяжения Fн направлена вертикально вверх
и с высотой поднятия воды не изменяется, так как она зависит от
свойств жидкости, ткани и диаметра капилляра. Эти параметры для
одной и той же ткани обычно не изменяются по длине.
Сила тяжести Fт, действующая на поднимающуюся в ткани воду,
направлена вертикально вниз и с увеличением высоты h подъема воды
увеличивается, так как зависит от массы поднятой воды.
Поэтому скорость подъема воды υ в ткани изменяется с высотой
подъема. Она максимальная в начале подъема и с увеличением высоты
уменьшается.
Когда сила тяжести уравновесит силу поверхностного натяжения
Fт = Fн, подъем воды прекратится. При этом вода поднимется на
максимальную высоту hмакс.
Основная часть
При проведении эксперимента были взяты различные виды
тканей: натуральные (хлопчатобумажное полотно, хлопчатобумажный
сатин, хлопчатобумажный джинс, шерсть трикотаж полотно, шерстяная
ткань кашемир, лен полотно, шелк крепдешин), искусственные
(искусственный шелк вискоза, искусственный штапель), синтетические
(синтетический креп-атлас, синтетический трикотин), смешанные ткани
(шерсть с лавсаном).
Ткань подвешивалась, и нижний конец ткани погружался в сосуд с
водой. Затем через каждые 5 минут определялась высота подъема воды
с помощью линейки.
Средняя скорость подъема воды рассчитывалась как отношение
максимальной высоты подъема воды ко времени этого подъема.
Далее приведены результаты проведенных исследований.
Таблица 1. Хлопчатобумажное полотно.
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
90
125
140
154
166
178
189
196
204
212
222
226
235
237
242
3
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
247
250
255
260
262
267
269
272
276
280
280
Хлопчатобумажное полотно
300
h, мм
250
200
150
h, мм
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120 130 t, мин
Максимальная
высота
подъема
воды
в
ткани
из
хлопчатобумажного полотна составляет hмакс = 280 мм. Время подъема
на данную высоту t = 125 мин. Следовательно, средняя скорость
подъема на максимальную высоту равна:
.
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
Таблица 2. Хлопчатобумажный сатин.
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
85
112
135
145
157
167
175
183
190
196
201
206
210
214
217
80
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
220
206
210
214
217
220
223
225
227
230
232
233
233
4
Хлопчатобумажный сатин
250
h, мм
200
150
h, мм
100
50
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
0
t, мин
Максимальная
высота
подъема
воды
в
ткани
из
хлопчатобумажного сатина составляет hмакс = 233 мм. Время подъема на
данную высоту t = 110 мин. Средняя скорость подъема на
максимальную высоту равна:
.
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
Таблица 3. Хлопчатобумажный джинс.
5
10
15
20
25
30
35
40
23
27
31
35
37
38
39
39
Хлопчатобумажный джинс
h, мм
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
h, мм
0
5
10
15
20
5
25
30
35
40
t, мин
Максимальная
высота
подъема
воды
в
ткани
из
хлопчатобумажного джинса составляет hмакс = 39 мм. Время подъема на
данную высоту t = 35 мин. Следовательно, средняя скорость подъема на
максимальную высоту равна:
.
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
Таблица 4. Шерстяной трикотаж.
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
17
26
33
38
42
44
47
50
53
55
58
60
60
Шерстяной трикотаж
70
h, мм
60
50
40
30
h, мм
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
t, мин
Максимальная высота подъема воды в ткани из шерстяного
трикотажного полотна составляет hмакс = 60 мм. Время подъема на
данную высоту t = 60 мин. Средняя скорость подъема на максимальную
высоту равна:
.
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
6
Таблица 5. Льняное полотно.
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
48
59
66
72
77
81
89
93
95
98
100 102
103
105
107
80
85
90
95
108 109 110 110
Льняное полотно
120
h, мм
100
80
60
h, мм
40
20
0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
t, мин
Максимальная высота подъема воды в ткани из льняного полотна
составляет hмакс = 110 мм. Время подъема на данную высоту t = 90 мин.
Следовательно, средняя скорость подъема на максимальную высоту
равна:
.
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
Таблица 6. Натуральный шелк крепдешин.
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
5
10
15
5
10
10
7
Натуральнный шёлк крепдешин
12
10
h, мм
8
6
h, мм
4
2
0
0
5
10
15
t, мин
Максимальная высота подъема воды в ткани из натурального
шелка крепдешина составляет hмакс = 10 мм. Время подъема на данную
высоту t = 10 мин. Средняя скорость подъема на максимальную высоту
равна:
.
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
Таблица 7. Искусственный шелк вискоза.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
40
48
56
63
66
70
75
80
85
90
90
Искусственный шёлк вискоза
h, мм
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
h, мм
0
5
10
15
20
25
8
30
35
40
45
50
55
t, мин
Максимальная высота подъема воды в ткани из искусственного
шелка вискоза составляет hмакс = 90 мм. Время подъема на данную
высоту t = 50 мин. Средняя скорость подъема на максимальную высоту
равна:
.
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
Таблица 8. Искусственный штапель.
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
5
10
15
20
25
30
35
40
45
20
30
40
46
50
53
55
56
56
Искусственный штапель
60
h, мм
50
40
30
h, мм
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
t, мин
Максимальная высота подъема воды в ткани из искусственного
штапеля составляет hмакс = 56 мм. Время подъема на данную высоту
t = 40 мин. Следовательно, средняя скорость подъема на максимальную
высоту равна:
.
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
9
Таблица 9. Синтетический креп-атлас.
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
50
70
80
85
90
95
98
100
102
105
105
Синтетический креп-атлас
120
h, мм
100
80
60
h, мм
40
20
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
t, мин
Максимальная высота подъема воды в ткани из синтетического
креп-атласа составляет hмакс = 105 мм. Время подъема на данную высоту
t = 50 мин. Средняя скорость подъема на максимальную высоту равна:
.
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
Таблица 10. Синтетический трикотин.
Время
подъема
t, мин
Высота
h, мм
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
40
53
60
67
73
76
78
81
84
85
85
10
Максимальная высота подъема воды в ткани из синтетического
трикотина составляет hмакс = 85 мм. Время подъема на данную высоту t
= 50 мин. Следовательно, средняя скорость подъема на максимальную
высоту равна:
.
h, мм
Синтетический трикотин
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
t, мин
h, мм
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Произведение максимальной высоты подъема на среднюю
скорость подъема равна:
.
В шерстяной ткани кашемир вода не поднимается. Это означает,
что hмакс = 0,
,
.
В смешанной ткани шерсть с лавсаном вода также не
поднимается. Это означает, что hмакс = 0,
,
.
11
Заключение
Результаты исследований вначале представим в виде кривых
скорости впитывания влаги тканями, которые мы исследовали.
300
Хлопчатобумажное
полотно
Хлопчатобумажный сатин
250
Хлопчатобумажный джинс
Шерстяной трикотаж
200
h, мм
Льняное полотно
Шёлк крепдешин
150
Вискоза
Искусственный штапель
100
Синтетический креп-атлас
Синтетический трикотин
50
Шерстяная ткань кашемир
Шерсть с лавсаном
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Из графиков видно, что лучше всего воду впитывают
хлопчатобумажное полотно и хлопчатобумажный сатин. А вот шерсть с
лавсаном и шерстяная ткань кашемир воду вообще практически не
впитывают. У этих тканей намокает только та часть, которая опущена в
воду.
Ниже приведены таблицы, в которых указаны вид исследуемой
ткани, максимальная высота подъема воды, средняя скорость подъема и
произведение максимальной высоты подъема на среднюю скорость
подъема, а также диаграмма произведения максимальной высоты
подъема на среднюю скорость подъема для исследуемых тканей.
12
Вид ткани
Максимальная
высота подъема
hмакс, мм
Средняя скорость
подъема
Произведение
Вид ткани
Максимальная
высота подъема
hмакс, мм
Средняя скорость
подъема
Произведение
Вид ткани
Максимальная
высота подъема
hмакс, мм
Средняя скорость
подъема
Произведение
Хлопчатобума
жное полотно
280
Хлопчатобумаж Хлопчатобумаж Шерстяной
ный сатин
ный джинс
трикотаж
233
39
60
2,24
2,12
1,11
1
627,2
494
43,3
60
Шерсть
кашемир
0
Льняное
полотно
110
Натуральный
шелк крепдешин
10
Искусственный
шелк вискоза
90
0
1,22
1
1,8
0
134,2
10
162
Искусственный
штапель
56
Синтетический
креп-атлас
105
Синтетический
трикотин
85
Шерсть с
лавсаном
0
1,4
2,1
1,7
0
78,4
220,5
144,5
0
13
hмакс · <υ>
700
hмакс · <υ>, мм2/мин
600
500
400
300
200
100
0
Таким образом, в результате проведенного эксперимента было
установлено, что из выбранных для исследования нами тканей выше
всего вода поднялась в хлопчатобумажном полотне hмакс = 280 мм.
Наибольшая средняя скорость подъема воды также наблюдалось в
хлопчатобумажном полотне и составила <υ> = 2,24 мм/мин.
Соответственно для этого полотна произведение величин
hмакс · <υ> максимально и равно 627, 2 мм2/мин.
Это объясняется тем, что в нитях хлопчатобумажного полотна
имеются длинные продольные поры, по которым и поднимается вода.
В шерсти кашемире и шерсти с лавсаном вода вообще не
поднимается. Значит у них длинных продольных пор нет. Нити у этих
тканей короткие и сильно переплетены между собой. Кроме того,
шерстяная нить может быть немного жирной, а, как известно, жирная
поверхность водой не смачивается.
Литература
14
1. Виды тканей. Студия Ажур.
http://www.studiaazhur.com.ua/articles/22-typesofcloth.html.
2. Капиллярность. Материал из Википедии — свободной
энциклопедии. http://ru.wikipedia.org/wiki/Капиллярность.
3. Круглова Е.А. Капиллярные явления.
http://demo.home.nov.ru/toppage1.htm.
4. Намокаемость.
Источник:
«Технология
тканевязного
производства». Л.С. Смирнов, Ю.И. Масленников, В.Ю.
Яворский.
http://www.trikotazha.net/index.php?option=com_content&task=view
&id=138&Itemid=43.
5. Типы тканей. Студия Ажур.
http://www.studiaazhur.com.ua/articles/23-typesfabric.html.
6. Физические свойства тканей, трикотажа и нетканых материалов.
http://www.otkani.ru/property/31.shtml.
15
Приложение
16